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http://hdl.handle.net/1843/63459
Tipo: | Tese |
Título: | Feasibility of a simplified model for a latent thermal energy storage unit for integration with multiphysics systems |
Autor(es): | Thiago Torres Martins Rocha |
primer Tutor: | Raphael Nunes de Oliveira |
primer Co-tutor: | Paulo Vinicius Trevizoli |
primer miembro del tribunal : | Antonio Augusto Torres Maia |
Segundo miembro del tribunal: | Luiz Machado |
Tercer miembro del tribunal: | Ralney Nogueira de Faria |
Cuarto miembro del tribunal: | Felipe Raul Ponce Arrieta |
Resumen: | The goal of this work is to assess the suitability of a simplified model for the melting of a phase-change material, verifying its accuracy and simulation time. Initially, a mathematical model is formulated and solved with Ansys® Fluent, being validated with two experimental datasets, using lauric acid. The effects of altering the porosity constant, material properties, and their interaction were assessed. It was evidenced that, by holding the porosity constant of validation in another geometry, absolute average deviations as high as 38.0% could be achieved, whereas this error could be reduced to 5.7% with a proper adjustment. The numerical results of this computational fluid dynamics model were also used to derive an effective thermal conductivity, for later use. Subsequently, a simplified model based on the pure conduction was developed and implemented in Python language, including the natural convection of the liquid phase-change material trough the effective thermal conductivity. A horizontal shell-and-tube unit was chosen, since it is one of the most employed configuration in heat exchangers using phase-change materials. The results of this simplified model revealed maximum and absolute average deviations of 8.17% and 4.32%, compared to the computational fluid dynamics model, and 7.43 % and 1.67%, compared to experimental data, respectively, with a 3500 fold reduction on the simulation time. Therefore, the proposed model can be considered feasible for integration with multiphysics systems. |
Abstract: | O objetivo deste trabalho é avaliar a adequação de um modelo simplificado para a fusão de um material com mudança de fase, verificando sua precisão e tempo de simulação. Inicialmente, um modelo matemático é formulado e resolvido com o Ansys® Fluent, sendo validado com dois conjuntos de dados experimentais, utilizando o ácido láurico. Os efeitos da alteração da constante de porosidade, das propriedades do material e de sua interação foram avaliados. Evidenciou-se que, mantendo-se a constante de porosidade de validação em outra geometria, desvios médios absolutos de até 38,0% são obtidos, enquanto esse erro pode ser reduzido para 5,7% com um ajuste adequado. Os resultados numéricos de dinâmica de fluidos computacional também foram utilizados para derivar uma condutividade térmica efetiva, para uso subsequente. Posteriormente, um modelo simplificado baseado na condução pura foi desenvolvido e implementado em linguagem Python, incluindo a convecção natural da fase líquida do material de mudança de fase através da condutividade térmica efetiva. Adotou-se uma unidade horizontal do tipo casco e tubo por ser largamente utilizada em trocadores de calor que utilizam materiais com mudança de fase. Os resultados deste modelo simplificado revelaram desvios máximo e médio absoluto de 8,17% e 4,32%, comparados ao modelo de dinâmica de fluidos computacional, e 7,43% e 1,67%, comparados aos dados experimentais, respetivamente, com uma redução de 3500 vezes no tempo de simulação. Portanto, o modelo proposto pode ser considerado viável para integração em sistemas multifísicos. |
Asunto: | Engenharia mecânica Calor - Armazenamento Energia Porosidade Dinâmica dos fluidos computacional Condutividade térmica Dinâmica dos fluidos |
Idioma: | eng |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Institución: | UFMG |
Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/63459 |
Fecha del documento: | 14-dic-2023 |
Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado |
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